CN102836639A - 一种基于二氧化钛光催化与等离子体装置复合的汽车尾气净化装置 - Google Patents

一种基于二氧化钛光催化与等离子体装置复合的汽车尾气净化装置 Download PDF

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梁永东
张珏
方竞
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Abstract

本发明公开了一种基于二氧化钛光催化与等离子体装置复合的汽车尾气净化装置，本装置利用介质阻挡放电产生的等离子体辉光结合并催化二氧化钛净化汽车尾气，既能除去尾气中的NO，也能除去尾气中的CO、HC、CO2等，利用等离子体与二氧化钛催化作用结合的方法处理汽车尾气，且等离子体与二氧化钛的数量可以根据实际需要分别改变，大大提高汽车尾气处理效率。本发明不需要连接额外的电路给二氧化钛催化提供能量，直接用等离子体产生的紫外与可见光作为光源恰好在二氧化钛催化的波段。本发明不但可以处理汽车尾气，还可以用于处理其他废气，应用范围大大拓宽。

Description

一种基于二氧化钛光催化与等离子体装置复合的汽车尾气净化装置
技术领域
本发明涉及一种基于二氧化钛光催化与等离子体装置复合的汽车尾气净化装置，特别是关于一种介质阻挡放电装置和一种二氧化钛光催化装置的结合装置。
背景技术
等离子体就是由大量正负带电粒子和中性粒子组成的，并表现出集体行为的高度电离的气体。其中部分或完全电离的气体，且自由电子和离子所带正、负电荷的总和完全抵消，宏观上呈现中性电。按等离子体焰温度分类，将等离子体可以分为高温等离子体与低温等离子体，低温等离子体又可以分为热等离子体和冷等离子体。低温等离子体在产生过程中会伴随着大量的、种类繁多的活性粒子的产生，其中包括六种典型的粒子，即电子、正离子、负离子、激发态的原子或分子、基态的原子或分子以及光子。这些活性物质使得低温等离子体在生物医学领域的杀菌、消毒以及环境工程领域的废气处理与污水净化领域发挥了重大作用。
二氧化钛是光催化领域中使用最多的光催化材料，TiO2是一种n型氧化物半导体，它的能带是不连续的，在价带(VB)和导带(CB)之间存在一个禁带，它主要有两种晶形：锐钛矿型和金红石型。一般认为，锐钛矿型具有较高的活性，当它受到光子能量等于或高于该禁带宽度的光辐照时，其价带上的电子(e-)就会受激发跃迁至导带，同时在价带上产生相应的空穴(h+)，形成了电子-空穴对。产生的电子、空穴在内部电场作用下分离并迁移到粒子表面。光生空穴有很强的得电子能力，具有强氧化性，使原本不吸收光的物质被氧化，电子受体则通过接受表面的电子而被还原，完成光催化反应过程。二氧化钛较强的光催化性能使得其在污水处理与废气净化领域大显身手。
虽然低温等离子体与二氧化钛各自都有废气净化的能力，但是它们各自的专一性较强，使得它们各自的应用领域十分狭窄。比如：低温等离子体处理一氧化氮(NO)气体的效果十分明显，但是对于碳氢(HC)以及一氧化碳(CO)等气体的净化能力较差；二氧化钛在紫外或可见波段下处理CO以及HC等气体效果很明显，但是对于NO气体的净化十分有限。汽车尾气是一种含有多种污染气体的混合物，包括NO气体、HC气体、CO气体、CO2气体等，低温等离子体与二氧化钛各自的专一性使得在它们在处理汽车尾气时受到了极大的限制。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种基于二氧化钛光催化与等离子体装置复合的汽车尾气净化装置，目的在于可全面、充分地处理汽车尾气中多种污染气体，降低大气污染，保护环境。
本发明的一种基于二氧化钛光催化与等离子体装置复合的汽车尾气净化装置，包括电源、电极、绝缘介质、涂有二氧化钛的点阵网格、涂有二氧化钛的透光板，其特征在于：所述复合装置为一个两端各有一个通气口的的装置，上下部为介质阻挡放电结构，周围四面为涂有二氧化钛的透光板；所述复合装置内部在两电极之间竖直平行放置若干涂有二氧化钛的塑料点阵网格。
所述的一种基于二氧化钛光催化与等离子体装置复合的汽车尾气净化装置，其特征在于：装置长方体上下两面的长度可以根据实际需要进行加长或减短，使等离子体与汽车尾气充分反应。
所述的一种基于二氧化钛光催化与等离子体装置复合的汽车尾气净化装置，其特征在于：两电极板之间的网格数可以根据实际需要进行增加和减少，也可以在长方体装置的上下两部分按网格形式涂二氧化钛，提高光催化效果。
所述的一种基于二氧化钛光催化与等离子体装置复合的汽车尾气净化装置，其特征在于：所述电源为交流电源、脉冲直流电源或者射频电源。
所述的一种基于二氧化钛光催化与等离子体装置复合的汽车尾气净化装置，其特征在于：该装置不但可以处理汽车尾气，还可以处理其他废气或污染气体。
本发明既能除去尾气中的NO，也能除去尾气中的CO、HC、CO2等，气体充分反应，等离子范围与整个长方体装置的长度相同，装置四周都是涂有二氧化钛的透明板，而且装置内部充满了涂有二氧化钛的网格，二氧化钛作用面积增大，同时可以根据实际需要，增加或者减少二氧化钛网格的数量，大大提高汽车尾气处理效率。
本发明不需要连接额外的电路给二氧化钛催化提供能量，直接用等离子体产生的紫外与可见光作为光源恰好在二氧化钛催化的波段。本发明不但可以处理汽车尾气，还可以用于处理其他废气，应用范围大大拓宽。本发明体积小、成本低廉、维护方便、安全可靠、可携带性强；通过使用不同的电源参数，可以产生出接近室温的等离子体，同时增强二氧化钛催化效率，实现了常温常压下的应用。
附图说明
图1为本发明结构示意图
具体实施方式
图1为本发明的结构示意图，包括1、高压电极5、接地电极6、绝缘介质(石英、玻璃、四氟等)8、涂有二氧化钛的透光板2、涂有二氧化钛的点阵网格10、电源9、接地线3、进气口7、出气口。电极1、5与绝缘介质6形成介质阻挡放电，结合涂有二氧化钛的点阵网格2处理尾气的污染气体。
汽车尾气从进气口3进入，经过电极1、5与绝缘介质6组成的介质阻挡放电装置处理尾气中的NO气体，等离子体的辉光4使二氧化钛发挥催化作用，尾气经过涂有二氧化钛的点阵网格2充分接触催化去除CO、CO2、HC等气体。净化后的气体从出气口7出来。
将电源10的地极9与大地连接好，高压电极1接至电源10，选择交流电源为装置驱动电源。调节电源输出电压幅值至4千伏，频率10千赫兹，会产生等离子体射流5。输出交流电压的幅值可为220伏-100千伏，频率50赫兹-30兆赫兹；或输出脉冲直流电压幅值220伏-100千伏，频率50赫兹-30兆赫兹脉宽，脉宽大于等于1纳秒。

Claims (5)

1.一种基于二氧化钛光催化与等离子体装置复合的汽车尾气净化装置，目的在于可全面、充分地处理汽车尾气中多种污染气体，降低大气污染，保护环境。
2.如权利要求1述的本发明的一种基于二氧化钛光催化与等离子体装置复合的汽车尾气净装置，其特征在于：所述复合装置为一个两端各有一个通气口的的长方体，上下部为介质阻挡放电的结构，周围四面为涂有二氧化钛的透明板；所述复合装置内部在两电极之间竖直平行等间距放置若干涂有二氧化钛的塑料点阵网格。
3.如权利要求1或2所述的一种基于二氧化钛光催化与等离子体装置复合的汽车尾气净化装置，其特征在于：装置长方体上下两面的长度可以根据实际需要进行加长或减短，使等离子体与汽车尾气充分反应。
4.如权利要求1或2所述的一种基于二氧化钛光催化与等离子体装置复合的汽车尾气净化装置，其特征在于：两电极板之间的网格数可以根据实际需要进行增加和减少，也可以在长方体装置的上下两部分按网格形式涂二氧化钛，提高光催化效果。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种基于二氧化钛光催化与等离子体装置复合的汽车尾气净化装置，其特征在于：所述电源为交流电源、脉冲直流电源或者射频电源。
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